[實用新型]基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置及結構

有效

• 申請號: 202020653195.0
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN212105965U
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 曹愛武;褚衛江;吳家耀;徐全;劉加進
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

本實用新型涉及一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置及結構。本實用新型的目的是提供一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置及結構。本實用新型的技術方案是：一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置，其特征在于：包括測桿和脈沖光及數據采集裝置；所述測桿具有監測管，該監測管上下表面對稱固定有BOTDR分布式光纖，監測管上下的分布式光纖相互平行且均平行監測管軸向，該監測管上下的兩所述BOTDR分布式光纖均連接脈沖光及數據采集裝置。本實用新型適用于隧洞開挖領域。

技術領域

本實用新型涉及一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置及結構。適用于隧洞開挖領域。

背景技術

隧洞在公路、水電、鐵路、礦山等多個工程領域廣泛應用，隨著地下空間的進一步拓展，新意法(巖土控制變形分析方法，又稱“ADECO-RS”方法)具有安全、可控、機械化程度高的特征，對于復雜環境下的隧洞工程越來越顯示出其優勢。新意法強調了對隧洞掌子面超前核心土的監測。

在隧洞開挖過程中，掌子面前方超前核心土體已經發生了一定的變形，目前隧洞變形監測主要是對掌子面后洞身的變形特征進行監測，對于掌子面前方超前核心土體的變形情況的監測較少，一般監測掌子面超前核心土的擠出變形，針對掌子面效應(同時監測掌子面超前核心土預收斂變形及洞身收斂變形)監測的裝置及方法較少。采用測斜管等方法進行監測，由于測量方向的限制，測斜儀難以在預埋的管道中水平向前推進。對于地質條件較差的隧洞，缺少對掌子面前方超前核心土體的監測，可能存在一定的安全風險。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置及結構。

本實用新型所采用的技術方案是：一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測裝置，其特征在于：包括測桿和脈沖光及數據采集裝置；所述測桿具有監測管，該監測管上下表面對稱固定有BOTDR分布式光纖，監測管上下的分布式光纖相互平行且均平行監測管軸向，該監測管上下的兩所述BOTDR分布式光纖均連接脈沖光及數據采集裝置。

所述監測管采用PVC管。

一種基于分布式光纖的隧洞掌子面效應監測結構，其特征在于：所述掌子面前方設為監測洞段，掌子面上往監測洞段鉆設有若干鉆孔，鉆孔內插裝有所述監測裝置中的測桿并灌注漿液。

位于所述鉆孔內的測桿上的兩BOTDR分布式光纖連線為安裝位置隧洞法線方向。

所述鉆孔具有3個，分別位于隧洞拱頂及洞周對稱位置。

所述監測洞段的長度為隧洞洞徑的4-5倍。

一種基于所述監測結構的監測方法，其特征在于：

獲取測桿的初始應變數據；

掌子面向前推進時，持續監測測桿的應變數據，了解隧洞掌子面前后的變形特征，即距離掌子面不同位置的收斂及預收斂變形情況，分析隧洞的掌子面效應；

根據隧洞掌子面效應監測數據，分析掌子面超前核心土的穩定特征及隧洞洞身穩定特征；若隧洞洞身及超前核心土體變形較大或存在明顯的不收斂特征，則必須加強支護或減小開挖進尺。

所述隧洞的變形特征根據下式計算：

式中，y為隧洞變形；ε₁為測桿上表面應變；ε₂為測桿下表面應變；d為兩分布式光纖之間的間距，即測桿中PVC管的直徑；dx為分布式光纖采樣間隔。

所述分布式光纖采樣間隔置可根據精度需要設置為0.05m、0.1m、0.2m、0.5m、1m。